CN106379740B - 一种伸缩机械装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种伸缩机械装置，包括：滑枕，第一电机、第一减速器、丝杠、丝杠螺母，第一安装板和第二安装板，所述第一安装板与滑枕固定连接，第一安装板上安装有第一电机和第一减速器，所述第一减速器的输入端与所述第一电机连接，所述第一减速器的输出端与所述丝杠连接，所述丝杠设置有丝杠螺母，所述丝杠螺母与所述连杆机构连接，所述连杆机构的底部与所述第二安装板上平面连接，所述第二安装板的下平面固定连接有抓手组件，所述第二安装板经所述导杆与所述第一安装板连接；所述连杆机构为多连杆伸缩机构。采用本发明，满足了饮料小批量配载混装大行程的需求，并且节省了空间。

Description

一种伸缩机械装置
技术领域
本发明涉及一种机械装置，特别涉及一种伸缩机械装置。
背景技术
随着智能物流和工业机器人技术的发展，机器人在饮品饮料行业后道包装、码垛及物流上的应用也越来越广泛。桁架机器人由于具有高速度、大跨距、大行程的特点，在饮料配载装车上具有广泛的应用前景。饮料发货时，往往需要在进行一些小批量的不同品种饮料的混合装载。在我国中小批量经销商为主的现状下，该问题将长期普遍存在。桁架机器人的应用为多品种饮料小批量配载提供了解决办法，但由于装车空间局限(纵向)及装车效率限制，对桁架机器人纵向的机械手的行程和运动速度提出了较高要求。
目前，桁架机器人纵向机械手采用齿条齿轮啮合的方式，使机械手伸缩运动，如果要实现大行程，则需要很长的齿条，齿条通常安装在立柱上，这样就需要很长的立柱以为齿条提供足够的安装空间，浪费了空间；另外，对于小空间的地方，无法放置这么大的立柱时，则无法实现机械手的大行程伸缩运动。
发明内容
本发明的目的提供一种伸缩机械装置，满足了饮料小批量配载混装大行程的需求，并且节省了空间。
为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种伸缩机械装置，其包括：包括滑枕，另外，还包括第一电机、第一减速器、丝杠、丝杠螺母，第一安装板和第二安装板，所述第一安装板与滑枕固定连接，第一安装板上安装有第一电机和第一减速器，所述第一减速器的输入端与所述第一电机连接，所述第一减速器的输出端与所述丝杠连接，所述丝杠设置有丝杠螺母，所述丝杠螺母与连杆机构连接，所述连杆机构的末端与所述第二安装板上平面连接，所述第二安装板的下平面固定连接有抓手组件，所述第二安装板经导杆与所述第一安装板连接；所述连杆机构为多连杆伸缩机构。
还包括立柱，所述立柱固定连接有齿条；所述第一安装板通过所述立柱与所述滑枕连接，所述滑枕固定连接有第二电机和第二减速器，所述第二减速器的输入端与所述第二电机连接，所述第二减速器的输出轴与所述齿条啮合。
所述第二减速器为蜗轮蜗杆减速器，所述蜗轮蜗杆减速器的输出轴通过齿轮轴与所述齿条啮合。
还包括与所述滑枕相连接的抱闸机构，所述抱闸机构的输出轴上设置有齿轮轴，所述齿轮轴与所述齿条啮合。
所述连杆机构包括，多个短连杆、多个长连杆、下支架、两横向导杆及滑块，所述下支架与所述立柱固定连接，所述两横向导杆彼此间隔的共轴线安装于所述下支架，两横向导杆上分别套接有滑块，所述滑块的一端通过短连杆与所述丝杠螺母连接，所述滑块的另一端与所述长连杆连接，末端连杆与所述第二安装板连接。
所述滑块与所述横向导杆之间设置有滑动轴承。
所述抓手组件包括抓手支架、吸盘安装架以及吸附表面；所述抓手支架的一端与所述第二安装板连接，所述抓手支架的另一端与所述吸盘安装架连接，所述吸盘安装架与所述吸附表面连接，所述吸附表面为多孔海绵。
所述丝杠与所述减速器的输出轴通过联轴器进行连接。
所述导杆经滑动轴承与所述第二安装板连接。
所述第一减速器为行星减速器。
本发明第一减速器的输入端与第一电机连接，输出端与丝杠连接，丝杠上设置有丝杠螺母，丝杠螺母与连杆机构连接；因此通过电机驱动减速器进行转动，并有减速器带动丝杠进行转动，进而带动丝杠螺母上下运动，从而带动连杆机构上下伸缩运动，由于连杆机构在收缩时不占用很大的空间，但是伸缩时却可以实现大行程，因此既实现了大行程的伸缩运动，又节省了空间。
附图说明
图1是本发明一种伸缩机械装置的第一种实施例的示意图；
图2是本发明一种伸缩机械装置的第二种实施例的示意图；
图3是本发明一种伸缩机械装置的第二种实施例的一级伸缩机构的示意图；
图4是本发明一种伸缩机械装置的第二种实施例的二级伸缩机构的示意图；
图5是本发明一种伸缩机械装置的第二种实施例在垂直方向的最高极限位置的示意图；
图6是本发明一种伸缩机械装置的第二中实施例在垂直方向的最低极限位置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图进行详细说明。
参考图1，该图是本发明一种伸缩机械装置的第一种实施例的示意图，该伸缩机械装置100包括：滑枕101，第一电机102、第一减速器103、丝杠104、丝杠螺母105，第一安装板106和第二安装板107，第一安装板106与滑枕101固定连接，第一安装板106上安装有第一电机102和第一减速器103，第一减速器103的输入端与第一电机102连接，第一减速器103的输出端与丝杠104连接，丝杠104设置有丝杠螺母105，丝杠螺母105与连杆机构连接，连杆机构的底部与第二安装板107上平面连接，第二安装板107的下平面固定连接有抓手组件，第二安装板107经导杆108与第一安装板106连接；连杆机构为多连杆伸缩机构，连杆之间通过转动副进行连接。
滑枕101，可以设置多个滑块109，例如四个，在与桁架机器人的水平轴滑轨(图中未示出)进行连接时，该多个滑块109与滑轨进行滑动连接，从而实现整个伸缩机械装置在水平方向上的移动。
导杆108，可以设置多个，本实施例中设置四个导杆108，在第一安装板和第二安装板之间形成了很好的支撑和连接的作用。导杆108与第一安装板106之间安装有滑动轴承110，增强了整个装置的运行的稳定性，较少了噪声。
电机102可采用伺服电机；第一减速器103可采用精密行星减速器；第一减速器103输出轴与丝杠104通过联轴器进行连接.
连杆机构，包括多个短连杆111、多个长连杆112、下支架113、两横向导杆114及滑块115，下支架113与立柱108固定连接，两横向导杆彼此间隔的共轴线与下支架固定连接，两横向导杆上分别套接有滑块115，滑块115的一端通过短连杆111与丝杠螺母105连接，滑块115的另一端与长连杆112的一端连接，长连杆112的另一端，与长连杆末端连杆与第二连接板107连接。具体实现时，下支架113上装有两个轴线共线的横向导杆114，两个横向导杆114通过导杆支座123与下支架113进行连接。水平导杆114上装有滑块115，水平导杆126上套装有滑块124，滑块115可沿横向导杆114进行移动，滑块124可沿横向导杆126进行移动，另外，滑块115与水平导杆114间装有滑动轴承，滑块124与横向导杆126之间也装有滑动轴承。下面以短连杆为4根，长连杆4根为例对连杆机构进行说明，4根短连杆和4根长连杆两两组合，和滑块、横向导杆一起，构成一个多连杆伸缩机构，杆和杆之间可以相对转动。其中，丝杠螺母105与滑块115之间通过短连杆125进行连接，丝杠螺母105与滑块124之间通过短连杆111相连，短连杆111和短连杆125分别可以绕滑块和丝杠螺母在平面内相对转动，滑块115另一端与长连杆112的一端连接，长连杆112的另一端与长连杆127的一端，长连杆127的另一端与短连杆129的一端连接，短连杆129的另一端通过螺母130与第二安装板107的上表面连接；相应的，在连杆机构的另一侧，丝杠螺母105与滑块126的之间通过短连杆111进行连接，滑块126的另一端与长连杆128的一端连接，长连杆128的另一端与长连杆121的一端，长连杆121的另一端与短连杆122的一端连接，短连杆122的另一端通过螺母130与第二安装板107的上表面连接；其中上述短连杆122和短连杆129位该连杆机构末端的连杆，具体实现的时候，末端连杆也可以是长连杆。
抓手组件，包括抓手支架116、吸盘安装架117以及吸附表面118；抓手支架116的一端与第二安装板107连接，抓手支架116的另一端与所述吸盘安装架117连接，吸盘安装架117与吸附表面118连接，吸附表面可为多孔海绵层。具体实现时，抓手组件，用于抓取饮料箱。抓手支架，下部固连吸盘安装架，吸盘安装架上安装多孔海绵，可以外接气泵作为气源，采用真空原理吸取饮料箱。一般一次可吸取两箱，如箱型尺寸变化或一次抓取箱数变化，则可灵活组合吸盘。抓手组件通过螺钉与4根导杆底部固连，第二安装板与导杆之间装有滑动轴承。
参考图2-4，该图为本发明一种伸缩机械装置的第二种实施例的示意图，该实施例中包括一级升降机构和二级升降机构，其中一级升降机构的电机和减速器称为一级电机(与第二电机对应)和一级减速器(与第二减速器对应)，一级电机为伺服电机，一级减速器为精密蜗轮蜗杆减速器；二级升降机构的电机称为二级电机(与第一电机对应)，二级升降机构的和减速器成为二级减速器(与第一减速器对应)，其中二级电机为伺服电机，二级减速器为精密行星减速器为例进行说明。
一级升降装置的四个滑块16固连在机械手滑枕15上，可与桁架机器人水平轴滑轨连接，作为机械手与桁架机器人的连接接口。一级电机12与低背隙的精密蜗轮蜗杆减速器连接，作为一级机构的驱动输入，精密蜗轮蜗杆减速器固连在机械手滑枕15上。齿条11用螺栓固连在立杆1侧面，一级减速器输出轴通过齿轮轴与齿条11啮合，实现一级伺服电机12旋转运动转化为立杆1竖直方向运动。
抱闸机构14，固定在滑枕15上，其输出轴上装上齿轮轴，并与齿条11啮合，当通电时，抱闸机构松开抱闸，输出轴随齿条11运动一起转动；当紧急断电时，抱闸机构14动作，将输出齿轮轴抱死，齿条11被锁止，从而防止机械手整体滑落。
二级伸缩机构，通过第一安装板23和下支架27与立杆1固连。二级伺服电机21和精密行星减速器22安装在第一安装板23上，精密行星减速器22输出轴与丝杠25通过联轴器24相连。抓手组件3，用于抓取饮料箱，抓手支架33，下部固连吸盘安装架34，吸盘安装架上安装多孔海绵35，以外接气泵作为气源，采用真空原理吸取饮料箱。一般一次可吸取两箱，如箱型尺寸变化或一次抓取箱数变化，则可灵活组合吸盘。抓手组件3与抓手安装板32通过螺钉与4根导杆4底部固定连接，第一安装板23与导杆4之间装有滑动轴承42。下支架27上装有两个轴线共线的横向导杆43，通过4个导杆支座28连接。横向导杆上装有两个滑块44，可沿横向导杆轴向移动，滑块44与水平导杆间装有滑动轴承45。
4根短连杆29和4根长连杆46两两组合，和滑块44、横向导杆43一起，构成一个多连杆伸缩机构，杆和杆之间可以相对转动。丝杠螺母26与滑块44之间通过短连杆29相连，短连杆29分别可以绕滑块44和丝杠螺母26在平面内相对转动。滑块44另一头与长连杆46相连，最下端长连杆46的末端与抓手连接座31也通过短连杆29相连，它们也可以分别与抓手连接座31和滑块44在平面内相对转动。
可见，当二级伺服电机21运动时，即可带动丝杠25转动，从而带动丝杠螺母26沿丝杠25上下运动。由于丝杠螺母26通过短连杆29与横向导杆43上的滑块44相连，则丝杠螺母26的上下运动又转化为滑块44的水平运动。横向导杆43上的两个滑块44的另一端两两与长连杆46末端相连，通过两根长连杆46和两个短连杆29组成的多连杆机构，又将滑块44的水平运动转化成了抓手组件3沿竖直方向的运动。虽然经过两次传递，抓手组件3的运动形式与丝杠螺母26相同，仍旧为竖直方向运动，但由于采用了多连杆伸缩机构，丝杠螺母26所传递的位移和速度，都被比例放大了。即丝杠小行程的低速运动被转换为大行程的高速运动，详细的放大比例如下。
下面对一、二两级机构分析，设n1为一级机构伺服电机转速，v1为一级机构立杆相对于滑枕的速度，n2为一级机构伺服电机转速，v2为抓手相对于一级机构安装板的速度，v为抓手相对于滑枕的速度，即机械手的实际输出速度。可知：
v1＝πdn1/60i1
式中，d为一级机构精密蜗轮蜗杆减速器输出齿轮轴分度圆直径，i1为蜗轮蜗杆减速器减速比。
v2＝sn2i2′/60i2
式中，s为丝杠导程，n2为电机转速，i2为二级机构精密行星减速器的减速比，i2′为多连杆伸缩机构的放大比例。
根据多连杆伸缩机构简图，可得
i2′＝5
即二级伸缩机构可使抓手实际运动速度和位移达到丝杠螺母速度和位移的5倍，大大缩减了二级伸缩机构的尺寸提高了运动速度。但由于多连杆伸缩机构的比例放大作用，作用在二级伸缩机构上的惯性力也相应增大，因此，需要综合连杆、丝杠等强度。
则抓手相对于滑枕的实际运动速度
v＝v1+v2＝πdn1/60i1+sn2/12i2
同理，对上式求导和求积分即可分别得加速度和位移的相对关系。
由于二级伸缩机构固连在一级伸缩机构运动端，故最后抓手的运动是一级机构和二级机构的复合运。在上位机运动控制器的协调下，协同控制两级伺服系统，实现用于饮料配载的机械手在小纵向空间下的大行程、高速度运动，具体的，在垂直方向的最高极限位置参考图5所示，在垂直方向的最低极限位置参见图6所示。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种伸缩机械装置，包括滑枕(101)，其特征在于，还包括第一电机(102)、第一减速器(103)、丝杠(104)、丝杠螺母(105)，第一安装板(106)和第二安装板(107)，所述第一安装板(106)与滑枕(101)固定连接，第一安装板(106)上安装有第一电机(102)和第一减速器(103)，所述第一减速器(103)的输入端与所述第一电机(102)连接，所述第一减速器(103)的输出端与所述丝杠(104)连接，所述丝杠(104)设置有丝杠螺母(105)，所述丝杠螺母(105)与连杆机构连接，所述连杆机构的末端与所述第二安装板上平面连接，所述第二安装板的下平面固定连接有抓手组件，所述第二安装板经导杆与所述第一安装板连接；所述连杆机构为多连杆伸缩机构;
所述连杆机构包括，多个短连杆、多个长连杆、下支架、两横向导杆及滑块和立柱，所述立柱固定连接有齿条；所述第一安装板通过所述立柱与所述滑枕连接，所述滑枕固定连接有第二电机和第二减速器，所述第二减速器的输入端与所述第二电机连接，所述第二减速器的输出轴与所述齿条啮合;
所述下支架与所述立柱固定连接，所述两横向导杆彼此间隔的共轴线安装于所述下支架，两横向导杆上分别套接有滑块，所述滑块的一端通过短连杆与所述丝杠螺母连接，所述滑块的另一端与所述长连杆连接，末端连杆与所述第二安装板连接。
2.如权利要求1所述的伸缩机械装置，其特征在于，所述第二减速器为蜗轮蜗杆减速器，所述蜗轮蜗杆减速器的输出轴通过齿轮轴与所述齿条啮合。
3.如权利要求1所述的伸缩机械装置，其特征在于，还包括与所述滑枕相连接的抱闸机构，所述抱闸机构的输出轴上设置有齿轮轴，所述齿轮轴与所述齿条啮合。
4.如权利要求1所述的伸缩机械装置，其特征在于，所述滑块与所述横向导杆之间设置有滑动轴承。
5.如权利要求1-4中任一项所述的伸缩机械装置，其特征在于，所述抓手组件包括抓手支架、吸盘安装架以及吸附表面；所述抓手支架的一端与所述第二安装板连接，所述抓手支架的另一端与所述吸盘安装架连接，所述吸盘安装架与所述吸附表面连接，所述吸附表面为多孔海绵。
6.如权利要求1所述的伸缩机械装置，其特征在于，所述丝杠与所述第一减速器的输出轴通过联轴器进行连接。
7.如权利要求1所述的伸缩机械装置，其特征在于，所述导杆经滑动轴承与所述第二安装板连接。
8.如权利要求1所述的伸缩机械装置，其特征在于，所述第一减速器为行星减速器。
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